Molecular Plant | 山东农业大学研究揭示小麦水通道蛋白促进植物生长和防御的机制！

水通道蛋白（AQPs）是运输小底物的膜通道，如所有生物体中的H₂O₂和二氧化碳，主要在植物中。植物AQPs构成几个蛋白家族，包括质膜固有蛋白（PIP）家族，该家族又分为PIP1和PIP2亚家族。当其他AQPs管理细胞器之间的底物运输时，PIPs控制分子在质膜（PMs）上的转运。通过其底物运输功能，AQPs可以调节各种生理和病理反应。PIP促进二氧化碳从大气中运输到植物细胞，导致光合作用，其效率是作物生产的生理基础。过氧化氢（H₂O₂）是一种多功能的活性氧（ROS），可调节许多生物过程。在受病原体感染的植物中，H₂O₂在质外体中产生，并由PIPs运输到细胞质中，激活先天免疫力，防止进一步感染。这些发现证实了功能的多重性是真核AQPs的一个普遍特征。剖析功能多重性的分子基础并将其应用于哺乳动物疾病治疗和作物保护，已成为当前AQP相关研究的主流领域。

2022年10月6日，国际权威学术期刊Molecular Plant发表了山东农业大学董汉松（Plant Physiology | 南农董汉松团队研究揭示水通道蛋白促进植物防御的机制！）团队的最新相关研究成果，题为Phosphorylation of a wheat aquaporin at two sites enhances both plant growth and defense的研究论文。

真核生物水通道蛋白在运输不同底物和调节各种过程方面具有功能多样性的共同特点，但其潜在的分子基础在很大程度上是未知的。在这篇文章中，科研人员报告了小麦水通道蛋白TaPIP2;10依靠磷酸化来支持小麦的光合作用和生产力，并赋予其对压倒性病原体和一般蚜虫害的先天免疫力。在对大气中二氧化碳浓度升高的反应中，TaPIP2;10在丝氨酸残基S280处被磷酸化，此后将二氧化碳输送到小麦细胞中，导致光合作用增强，从而增加谷物产量。在应对病原体或昆虫攻击诱发的质外体H₂O₂时，TaPIP2;10在S121处被磷酸化，这种磷酸化的形式将H₂O₂转运到细胞质中，H₂O₂强化了宿主的防御能力，限制了进一步的攻击。通过TaPIP2;10的过量表达或使用S121和S280处的TaPIP2;10模拟磷酸化，可以提高小麦的抗性和粮食产量，从而提高作物产量和免疫性状。

图. TaPIP2;10支持小麦生长和谷物生产，与二氧化碳运输和光合作用有关

图. 由Bg或Sa攻击引起的H₂O₂诱导TaPIP2;10在S121处磷酸化以抵抗进一步攻击

图. Bg和Sa的攻击以TaPIP2;10依赖性的方式唤起重叠的防御，以相互抑制进一步的攻击，TaPIP2;10抑制Sa从小麦韧皮部摄食

图. TaPIP2;10通过生长和防御赋予产量和抗性

图. TaPIP2;10在小麦生长-防御协调中的功能模型

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